Nancy Torres Castellanos
Pedro Nel Quiroga Saavedra
Uniones viga-columna
conectadas con anclajes
adhesivos
Seminario Anclajes en Concreto
Bogotá, Agosto 13 de 2014
Contenido
• Introducción
• Aspectos que influyen en el comportamiento de uniones viga-columna (UVC)
• Daños en sismos
• Rehabilitación de UVC
• Investigaciones realizadas ECI
• Conclusiones
2
Introducción
Edificaciones construidas antes de los 70-80 poseen deficiencias significativas en configuración estructural y en detallado
Entre las deficiencias más frecuentes:
• Discontinuidad del refuerzo longitudinal en vigas y columnas,
• Amplia separación del refuerzo transversal.
3
• Detallado común de edificios de concreto reforzado antes de 1976
4
Daños en Sismos
• Muchos edificios de concreto reforzado han sufrido daños severos o han colapsado en sismos recientes debido a la distribución inadecuada del refuerzo en la zona de los nudos (la cantidad de refuerzo a cortante y el anclaje de las barras longitudinales en las columnas).
• En eventos sísmicos, las deformaciones inelásticas se
concentran en las vigas, en las regiones de los nudos,
(en los extremos… fuera de los nudos)
5
Daños en Sismos
Un buen comportamiento estructural depende de:
• La capacidad que tiene la viga de sufrir rotaciones en los
extremos
• El esfuerzo cortante en el nudo,
• La distribución del refuerzo longitudinal en la viga
• La distribución del refuerzo transversal en el nudo.
• La adherencia del refuerzo
6
Daños en sismos
• Se pueden presentar comportamientos indeseables entre
ellos
– ductilidad global limitada y
– baja absorción de energía sísmica
7
Confinamiento deficiente
8
Confinamiento deficiente
9
Excentricidad de Uniones
10
Continuidad de Uniones
11
Daños en sismos
• La adherencia se ve afectada cuando se presentan
grietas diagonales por los efectos de fuerza cortante.
• El diseño por fuerza cortante de una unión viga-
columna requiere la determinación de las fuerzas que se
desarrollan cuando en los extremos de las vigas se
forman articulaciones plásticas.
•
12
Fuerzas en el nudo
13
En Rehabilitación…
• El objetivo principal de un proyecto de rehabilitación es restaurar o mejorar la capacidad estructural de una estructura
• Conocer cuál será el comportamiento de las estructuras después que han sido rehabilitadas.
14
Conexiones
• Garantizar en elementos estructurales
– Resistencia,
– Rigidez y
– Ductilidad
– Conexión entre ellos, para que se desarrollen estas
características.
• Se debe evitar la disminución súbita de la resistencia y
la rigidez del nudo, ya que éste hace parte de la columna
y su daño representa un impacto directo en la respuesta
general y la estabilidad del elemento.
•
• . 15
Conexiones
• En reforzamiento es común anclar elementos nuevos a
concreto existente
• Las barras del nuevo elemento se conectan a elementos
existentes mediante anclajes adhesivos
16
Conexiones
17
Reforzamiento - Recrecimiento
18
Reforzamiento - Recrecimiento
19
Reparación
• En el caso de elementos nuevos que vayan a ser parte
del sistema sismo resistente surge la pregunta de cómo
será el comportamiento ante cargas cíclicas de
elementos conectados mediante anclajes adhesivos en
comparación con elementos monolíticos
20
Programa experimental
En el laboratorio de la Escuela Colombiana de Ingeniería se realizaron ensayos de prototipos de conexiones viga-columna monolítica, no monolítica y acarteladas no monolíticas sometidas a cargas cíclicas mediante un actuador dinámico buscando:
• Evaluar el grado de disipación de energía de la conexión,
• Degradación de la rigidez,
• Comportamiento histerético y tipos de falla
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Programa experimental
• Para el estudio se elaboraron catorce prototipos de unión
viga – columna exterior de concreto reforzado a escala
real con las siguientes propiedades:
• Sección de la viga: 30 x 30cm.
• Longitud de la viga: 1,35 metros (incluyendo la unión)
• Sección de la columna: 30 x 30cm
• Longitud de la columna: 1,70 metros (incluyendo la
unión)
22
Monolíticas
23
Con zona de confinamiento
24
Sin zona de confinamiento
25
Construcción
26
Construcción
27
Programa experimental (1)
(Amado-Felizzola)
28
Uniones Configuración No de barras
Vigas
Longitud de
Anclaje
No de
Especímenes
Monolíticas 25 cm con gancho 2
No
Monolíticas Sin cartelas 8 – f 5/8”
15 cm, 20 cm, 25
cm 6
No
Monolíticas Con cartelas
8 – f 5/8”
15 cm, 20 cm, 25
cm
6
Montaje
29
Actuador seudodinámico
Columna
Viga
LVDT
LVDT
Protocolo
30
AMPLITUD vs. TIEMPO
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 50 100 150 200 250 300 350
Tiempo (s)
Am
pli
tud
(m
m)
Resultados
31
Vertical
es
Inclina
das1 4 4 5/8" 25 cm Químico 55,04 33,63 5,80 2,618 45,15%
2 4 4 5/8" 25 cm Químico 54,69 33,63 5,80 2,602 44,86%
3 4 4 5/8" 20 cm Químico 49,15 33,90 5,82 2,338 40,16%
4 4 4 5/8" 20 cm Químico 42,84 33,63 5,80 2,038 35,14%
5 4 4 5/8" 15 cm Químico 42,15 33,90 5,82 2,005 34,44%
6 4 4 5/8" 15 cm Químico 38,10 33,90 5,82 1,812 31,13%
7 4 0 5/8" 25 cm Químico 27,61 33,90 5,82 1,313 22,56%
8 4 0 5/8" 25 cm Químico 31,47 33,90 5,82 1,497 25,71%
9 4 0 5/8" 20 cm Químico 29,39 33,63 5,80 1,398 24,11%
10 4 0 5/8" 20 cm Químico 26,63 33,63 5,80 1,267 21,84%
11 4 0 5/8" 15 cm Químico 16,60 33,90 5,82 0,790 13,56%
12 4 0 5/8" 15 cm Químico 19,50 33,63 5,80 0,928 16,00%
13 4 0 5/8" 25 cm Monolítico 49,15 36,03 6,00 2,338 38,95%
14 4 0 5/8" 25 cm Monolítico 47,59 36,03 6,00 2,264 37,71%
N° de BarrasN°
P Máxima
(kN)f Anclaje
Tipo de
Anclaje%
t
(MPa)f'c (MPa)
tteorico
(MPa)
Comportamiento histerético
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CICLOS DE HISTERESIS
-60
-40
-20
0
20
40
60
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
Desplazamiento (mm)
Fu
erz
a (
kN
)
15 20 25 M 15A 20A 25A
Programa experimental (2)
(Rodriguez) • Para el estudio se elaboraron diez prototipos de unión viga
– columna exterior de concreto reforzado a escala real con
las siguientes propiedades:
• Grado de disipación DMO
• Con y sin zona de confinamiento en la columna
• Sección de la viga: 30 x 30cm.
• Longitud de la viga: 1,35 metros (incluyendo la unión)
• Sección de la columna: 30 x 30cm
• Longitud de la columna: 1,70 metros (incluyendo la unión)
33
Programa experimental (2)
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Uniones Configuración No de
barras Vigas
Longitud de
Anclaje
No de
Especímen
es
Monolíticas 35 cm con
gancho 2
No
Monolíticas
Con zona de
confinamiento 8 – f 5/8” 30 cm, 35cm 6
No
Monolíticas
Sin zona de
confinamiento
8 – f 5/8”
30 cm, 35cm
6
Monolíticas
35
Con zona de confinamiento
36
Sin zona de confinamiento
37
Construcción
38
Selección de adhesivo
39
Ensayos de extracción
40
Selección de adhesivo
41
PROFUNDIDAD
ANCLAJE
RESISTENCIA
A LA
EXTRACCIÓN
RESISTENCIA
A LA
EXTRACCIÓN
PROM
ESFUERZO DE
TENSIÓN
ÁREA
EXPUESTA
DEL
ADHESIVO
ADHERENCIA
DEL ADHESIVO
% DE
EFICIENCIA
( cm ) ( Kgf ) ( Kgf ) ( Kgf/cm 2 ) ( cm 2 ) ( Kgf/cm 2 ) ( * )
1-30 7970
Falla por
agrietamiento del
concreto
1-30 7840
Falla por
agrietamiento del
concreto
1-35 9320
Falla por
agrietamiento del
concreto
1-35 8020
Falla por
agrietamiento del
concreto
2-30 8180
Fisuración en forma
de cuña
2-30 8100
Fisuración en forma
de cuña
2-35 8380
Fisuración en forma
de cuña
2-35 9290
Fisuración en forma
de cuña
3-30 7410
Falla por
agrietamiento del
concreto
3-30 6370
Falla por
agrietamiento del
concreto
3-35 8460
Falla por
agrietamiento del
concreto
3-35 8160
Falla por
agrietamiento del
concreto
(*) Calculados en base al de mejores resultados
53
50
54
51
46
35
150
175
150
175
150
175
3972
4357
4090
4440
3462
4176
30
35
30
35
30
8140 100%
8835 100%
48
MUESTRA Ø BARRA ADHESIVO CONDICIÓN FINAL DEL
ANCLAJE
5/8"
1
7905 97%
8670 98%
3
6890 85%
8310 94%
2
Construcción de UVC
42
Construcción de UVC
43
Comportamiento histerético
44
Comportamiento histerético
45
Comportamiento histerético
46
Falla de los especímenes
47
Resultados
48
%
FUERZA MAX DESPLAZAMIENTO FUERZA DESPLAZAMIENTO DE FUERZA DESPLAZ.
cm kN. mm kN. mm EFICIENCIA kN mm
PUM-1 MONOLÍTICA 57,88 15,16
PUM-2 MONOLÍTICA 58,88 16,95
AEZC-3 30 50,50 15,17
AEZC-4 30 49,94 12,09
AEZC-5 35 54,02 12,11
AEZC-6 35 54,4 12,09
AENC-7 30 46,28 13,55
AENC-8 30 45,85 15,19
AENC-9 35 49,15 13,39
AENC-10 35 47,57 9,15
% de eficiencia= Calculado en base al de mayor resultado
0,93
PROMEDIO
58,4
VALOR TEÓRICO (TABLA 3-3)
48,3 13,0
0,8311,3
PROTOTIPOS
1,00
0,79
0,86
LONGITUDES
DE ANCLAJE
14,4
RESULTADO EXPERIMENTAL
54,2
46,1
48,4
50,2
16,1
13,6
12,1
Envolvente de curvas de Histéresis
49
Comportamiento histerético
50
Conclusiones
• Por lo general los anclajes con adhesivos epóxicos se usan
para vincular elementos estructurales nuevos a elementos ya
existentes, es necesario asegurar que el comportamiento de
los elementos nuevos y en si el de la estructura reforzada es
el que se espera.
• Es necesario garantizar la ductilidad de esos elementos, que
tengan similar comportamiento a los monolíticos
• Se deben hacer cálculos para encontrar las longitudes de
anclaje que dependen de diferentes variables
(recubrimiento, separación, cargas estáticas? dinámicas?)
51
52
Gracias!
53